CN106292713A - 一种多旋翼飞行器控制系统 - Google Patents

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CN106292713A CN201610970335.5A CN201610970335A CN106292713A CN 106292713 A CN106292713 A CN 106292713A CN 201610970335 A CN201610970335 A CN 201610970335A CN 106292713 A CN106292713 A CN 106292713A
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郝志鹏
高天迎
刘云生
张宗辉
刘永磊
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Tianjin Chengjian University
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/10Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft

Abstract

本发明公开了一种多旋翼飞行器控制系统包括RC接收机、传感器MTI‑G单元、ARM嵌入式控制器、WIFI无线通讯模块、AVR单片机、信号转换模块、电子调速器、多个螺旋桨驱动电机、地面站和RC遥控器,传感器MTI‑G单元将实时状态信息传输给ARM嵌入式控制器,ARM嵌入式控制器与地面站之间通过WIFI无线通讯模块进行双向无线通讯,地面站运行终端软件,ARM嵌入式控制器将控制量传输给AVR单片机,AVR单片机将PWM信号并传输给信号转换模块,信号转换模块将PWM信号转换为电信号并传输给电子调速器执行,电子调速器控制多个螺旋桨驱动电机的运行,RC接收机接收RC遥控器发出的控制信号并将控制信号传输给AVR单片机。本系统体积小,重量轻,运算能力强,电源供应简单。

Description

一种多旋翼飞行器控制系统
技术领域
[0001] 本发明涉及飞行器技术领域,尤其是一种多旋翼飞行器控制系统。
背景技术
[0002] 飞行机器人主要是依据有效载荷和任务具体要求来设计。最常见的任务包括航 拍、植保、巡线、刑侦、救援等等。任务不同需求也不同,对性能要求有各自的侧重点,但目前 最迫切的需要是在保证有足够的任务载荷情况下能够提供更长的续航时间。市场上可见的 多旋翼无人机多应用在民用领域,在军事上应该有大规模应用的前景,但尚未普及,这也对 多旋翼无人机的稳定性、可靠性和适应各种复杂环境的能力提出了挑战,目前多旋翼无人 机正朝着模块化结构迈进,这大大简化了多旋翼无人机的结构,对进一步拓宽市场起到了 一定的推进作用。
发明内容
[0003] 针对上述存在的问题,本发明的目的是提供一种多旋翼飞行器控制系统。
[0004] 本发明的技术方案是:一种多旋翼飞行器控制系统,包括RC接收机、传感器MTI-G 单元、ARM嵌入式控制器、WIFI无线通讯模块、AVR单片机、信号转换模块、电子调速器和多个 螺旋桨驱动电机、地面站和RC遥控器、定位系统、电池、任务设备、数据链路、飞控和遥控装 置,所述传感器MTI-G单元将实时状态信息传输给ARM嵌入式控制器,所述ARM嵌入式控制器 与地面站之间通过WIFI无线通讯模块进行双向无线通讯,所述ARM嵌入式控制器与AVR单片 机电连接,将控制量传输给AVR单片机,所述AVR单片机与信号转换模块电连接,将数字型的 控制量转换为PWM信号并传输给信号转换模块,所述信号转换模块与电子调速器信号连接, 将PffM信号转换为电信号并传输给电子调速器执行,所述电子调速器与多个螺旋桨驱动电 机电连接,控制多个螺旋桨驱动电机的运行,所述RC接收机与RC遥控器电连接,RC接收机接 收RC遥控器发出的控制信号并将控制信号传输给AVR单片机,所述多旋翼无人机的输入端 与定位系统、电池、电子调速器、多个螺旋桨驱动电机、任务设备、数据链路、飞控和遥控装 置的输出端连接。
[0005] 进一步的,所述RC接收机上设置有手动自动切换通道。
[0006] 进一步的,所述飞控包括电路控制板、陀螺仪和加速度计。
[0007] 进一步的,所述定位系统包括GPS定位系统、北斗卫星导航系统、格洛纳斯卫星导 航系统,采用GPS定位系统、北斗卫星导航系统和格洛纳斯卫星导航系统混合信号识别,如 果一个出现不稳定或不正确,可以采用其他系统进行定位,提高了准确性。
[0008] 进一步的,所述ARM嵌入式控制器根据多旋翼飞行器飞行时的实时状态信息运行 控制算法,实时计算出滚转方向和俯仰方向的控制量。
[0009] 进一步的,所述实时状态信息包括惯性导航测量单元的数据和GPS全球定位系统 单元的数据。
[0010] 进一步的,所述惯性导航测量单元的数据包括3轴角度、3轴角速度和3轴加速度。
[0011] 进一步的,所述GPS全球定位系统单元的数据包括经炜度和高度。
[0012] 与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明的控制系统体积小,重量轻,运算 能力强,电源供应简单,抗干扰能力强,自动和手动模式切换方便,而且系统的安全性和模 块化方面都有较大的提升。
附图说明
[0013] 图1为本发明的系统图。
具体实施方式
[0014] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0015]如图所示,一种多旋翼飞行器控制系统,包括RC接收机、传感器MTI-G单元、ARM嵌 入式控制器、WIFI无线通讯模块、AVR单片机、信号转换模块、电子调速器和多个螺旋桨驱动 电机、地面站和RC遥控器、定位系统、电池、任务设备、数据链路、飞控和遥控装置,传感器 MTI-G单元将实时状态信息传输给ARM嵌入式控制器,ARM嵌入式控制器与地面站之间通过 WIFI无线通讯模块进行双向无线通讯,所述地面站运行终端软件,ARM嵌入式控制器将控制 量传输给AVR单片机,AVR单片机将数字型的控制量转换为PffM信号并传输给信号转换模块, 信号转换模块将PWM信号转换为电信号并传输给电子调速器执行,电子调速器控制多个螺 旋桨驱动电机的运行,RC接收机接收RC遥控器发出的控制信号并将控制信号传输给AVR单 片机,多旋翼无人机的输入端与定位系统、电池、电子调速器、多个螺旋桨驱动电机、任务设 备、数据链路、飞控和遥控装置的输出端连接。
[0016] RC接收机上设置有手动自动切换通道。
[0017]三个A3飞控,支持三种定位,同时一个遥控可以同时控制多个飞行器,有协同功 能,飞控包括电路控制板、陀螺仪和加速度计。
[0018] 陀螺仪:理论上陀螺只测试旋转角速度,但实际上所有的陀螺都对加速度敏感,而 重力加速度在我们地球上又是无处不在,并且实际应用中,很难保证陀螺不受冲击和振动 产生的加速度的影响,所以再实际应用中陀螺对加速度的敏感程度就非常的重要,因为振 动敏感度是最大的误差源。两轴陀螺仪能起到增稳作用,三轴陀螺仪能够自稳。
[0019] 加速度计:一般为三轴加速度计,测量三轴加速度和重力。
[0020] 定位系统包括GPS定位系统、北斗卫星导航系统、格洛纳斯卫星导航系统,采用GPS 定位系统、北斗卫星导航系统和格洛纳斯卫星导航系统混合信号识别,如果一个出现不稳 定或不正确,可以采用其他系统进行定位,提高了准确性。
[0021] 北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成,可在全球范围内全天 候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务,并具通信能力,已经初步 具备区域导航、定位和授时能力,定位精度10米,测速精度0.2米/秒,授时精度10纳秒;格洛 纳斯卫星导航系统可全天候、连续地提供高精度的三维位置、三维速度和时间信息。
[0022] 遥控装置:包括遥控器和接收机,接收机装在机上。一般按照通道数将遥控器分成 六通道、八通道、十四通道遥控器等,对于通道的概念在后边章节会有详细介绍。
[0023]任务设备:目前最多的就是云台,常用的有两轴云台和三轴云台;云台作为相机或 摄像机的增稳设备,提供两个方向或三个方向的稳定控制。云台可以和控制电机的集成在 一个遥控器中,也可以单独的遥控器控制。
[0024] ARM嵌入式控制器根据多旋翼飞行器飞行时的实时状态信息运行控制算法,实时 计算出滚转方向和俯仰方向的控制量。
[0025] 实时状态信息包括惯性导航测量单元的数据和GPS全球定位系统单元的数据。
[0026] 惯性导航测量单元的数据包括3轴角度、3轴角速度和3轴加速度。
[0027] GPS全球定位系统单元的数据包括经炜度和高度。
[0028] 电池:是电动多旋翼无人机的供电装置,给电机和机载电子设备供电。最小是IS电 池,常用的是33、43、63,13代表3.7¥电压。
[0029] 本发明的多旋翼飞行器性能参数,选用的主要设备如下表1所示。
[0030] 表1多旋翼飞行器性能参数表
[0031]
Figure CN106292713AD00061
[0032]
Figure CN106292713AD00071
[0033] 以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完 全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术 性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1. 一种多旋翼飞行器控制系统,其特征在于,包括RC接收机、传感器MTI-G单元、ARM嵌 入式控制器、WIFI无线通讯模块、AVR单片机、信号转换模块、电子调速器和多个螺旋桨驱动 电机、地面站和RC遥控器、定位系统、电池、任务设备、数据链路、飞控和遥控装置,所述传感 器MTI-G单元将实时状态信息传输给ARM嵌入式控制器,所述ARM嵌入式控制器与运行终端 软件的地面站之间通过WIFI无线通讯模块进行双向无线通讯,,所述ARM嵌入式控制器与 AVR单片机电连接,所述AVR单片机与信号转换模块电连接,所述信号转换模块与电子调速 器信号连接,所述电子调速器与多个螺旋桨驱动电机电连接,所述RC接收机与RC遥控器电 连接,所述多旋翼无人机的输入端与定位系统、电池、电子调速器、多个螺旋桨驱动电机、任 务设备、数据链路、飞控和遥控装置的输出端连接。
2. 根据权利要求1所述的一种多旋翼飞行器控制系统,其特征在于,所述RC接收机上设 置有手动自动切换通道。
3. 根据权利要求1所述的一种多旋翼飞行器控制系统,其特征在于,所述飞控包括电路 控制板、陀螺仪和加速度计。
4. 根据权利要求1所述的一种多旋翼飞行器控制系统,其特征在于,所述定位系统包括 GPS定位系统、北斗卫星导航系统、格洛纳斯卫星导航系统,采用GPS定位系统、北斗卫星导 航系统和格洛纳斯卫星导航系统混合信号识别。
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